Фізіологія скелетних м`язів

М`язове волокно - це рухова одиниця м`язи. Ця одиниця складається з Актинові і міозінових білків. Кожна м`яз иннервируется руховими нервами. Кожен руховий нейрон зазвичай іннервує групу м`язових волокон. Однак розмір цієї групи волокон і кількість складових в ній, в залежності від функції м`язи, може бути різним. У м`язах, які вимагають дуже точного контролю, наприклад, очних або м`язах кисті, один руховий нейрон припадає менше ніж на десять м`язових волокон. В інших скелетних м`язах налічується до 2000 волокон на один мотонейрон.

м`язовий тонус

При нормальних умовах в скелетних м`язах завжди деяка частина м`язових волокон скорочена, а інша знаходиться в розслабленому стані. Це м`язову напругу і обумовлює м`язовий тонус, який потрібен, зокрема, для підтримки вертикального положення тіла, але не тільки. Наприклад, тонус м`язів шиї не дає нашій голові бовтатися з одного боку в інший, впасти вперед, на груди, або завалиться на спину.

Динамічні (ізотонічні) і ізометричні скорочення

Існують два основних типи м`язового скорочення. При фізіологічному скорочення м`яз коротшає в розмірах, і, отже, виробляє рух. М`язовий тонус змінюється при цьому незначно. При ізометричному скороченні м`яз змінюється в розмірах в мінімальному ступені, але напруга її значно підвищується. Хоча руху, як такого, і немає, енергія тут споживається в будь-якому випадку, причому в чималих кількостях.

Золоте правило м`язового скорочення: «все або нічого»

Правило «все або нічого» говорить, що кожне м`язове волокно не може скоротитися лише наполовину. Якщо збудження охоплює рухову одиницю, вона завжди буде скорочуватися в повному обсязі. Як же ми тоді вмудряємося регулювати силу м`язового скорочення? Справа в тому, що наш мозок надходить дуже хитро: він віддає наказ на роздратування тільки частини рухових одиниць в м`язі, причому, чим сильніше потрібно мати силу, тим більше волокон має бути підключений. Щоб м`язи не стомлювалися надто сильно при повсякденній роботі, мозок дає команду активувати м`язові волокна по черзі - поки одні працюють, інші відпочивають і навпаки.

Відео: Фізіологічні властивості м`язової і нервової тканини (навчальний відео)

Що таке АТФ (аденозинтрифосфорная кислота)?

Клітка може жити (або виживати) тільки при наявності достатньої кількості АТФ в ній. Життя означає наявність енергії і, отже, АТФ можна виявити не тільки в клітинах людини, а й у всіх організмів на Землі. АТФ - це універсальне джерело енергії для всіх живих клітин, макроергічних з`єднання, енергія якого запасена в зв`язках між залишком фосфорної кислоти і головною молекули.

Основне завдання АТФ - звільнення енергії з макроергічних зв`язків цієї молекули, коли це необхідно. АТФ, таким чином, виконує функцію своєрідною "батарейки" в клітці. АТФ складається з азотистого підстави - аденіну, молекули рибози і трьох фосфатних груп. Зв`язки між фосфатними групами дуже енергоємні: коли фосфатна група відщеплюється від молекули, виділяється величезна кількість енергії, яка і використовується клітиною для її потреб.

Хоча АТФ і позиціонується як незамінне джерело енергії для м`язових скорочень, всіх її запасів в клітці вистачає лише від сили на 5-6 секунд роботи м`язи. Потім запаси АТФ в клітинах вичерпуються. Після цього «йдуть в справу» молекули креатинфосфату, якими м`язова тканина надзвичайно багата. За допомогою розщеплення креатинфосфату, запаси АТФ швидко поповнюються знову. Це дозволяє м`язі розвивати максимальне робоче навантаження ще протягом приблизно 15 секунд.

Відео: Будова скелетних поперечносмугастих м`язів

Якщо м`яз працює довше (тут ми говоримо про одномоментне скорочення без відпочинку), то запаси креатинфосфату також сходять нанівець, і в якості енергоємного субстрату починає використовуватися глюкоза (декстроза). У скелетних м`язах глюкоза знаходиться в вигляді глікогену. Якщо м`язі потрібна додаткова енергія, починається процес глікогенолізу - розщеплення глікогену до глюкози, яка потім стає доступна в якості джерела енергії. На жаль, глюкоза не може бути безпосередньо використана для регенерації нових молекул АТФ. Для цього вона повинна пройти цикл хімічних перетворень в т.зв. циклі трикарбонових кислот.

Отримання енергії в аеробних умовах

При наявності достатньої кількості кисню (що залежить від інтенсивності м`язової діяльності і припливу крові до м`язів), глюкоза розщеплюється повністю, до води і вуглекислоти, з отриманням максимуму енергії. Цей процес називається гліколізу (аеробний розпад глюкози) або ліполізом ( "спалювання" жирних кислот).

Жирні кислоти також в певний момент включаються в процеси отримання енергії. Кількості енергії, запасеної в жирі, вдвічі більше, ніж у вуглеводах. Таким чином, ліполіз грає роль в основному при тривалих тренуваннях, спрямованих на розвиток витривалості, таких як велоспорт або марафон. Завдяки липолизу, витривалість може зберігатися набагато довше, ніж тільки при використанні глюкози.

Отримання енергії в анаеробних умовах

Якщо кількості кисню в одиницю часу, одержуваного м`язом, не вистачає для здійснення процесу аеробного гліколізу, так як інтенсивність м`язової роботи надто велика, м`язи починають отримувати енергію з вуглеводів і жирів без використання кисню. Цей процес називається анаеробним гликолизом (розпад глюкози без участі кисню). Ефективність його в порівнянні з аеробних гликолизом всього лише 5% (утворюються 2 молекули АТФ з однієї молекули глюкози), тоді як при аеробному - 36 молекул. Таким чином, цей вид отримання енергії є досить невигідним. Крім того, він призводить до утворення значної кількості органічних кислот, що призводить до закислення цитоплазми клітин.

Відео: Будова м`язів людини

м`язова робота

Під час важких навантажень м`яз вимагає приблизно в 5000 разів більше кисню, ніж під час відпочинку. При цьому потрібно ще створити умови і для виведення продуктів метаболізму. Все це вимагає збільшення припливу крові до м`язів і певних змін в серцево-судинній системі і диханні.

Що відбувається при інтенсивній роботі м`язів?

розширення судів

Значно збільшити приплив крові до м`язів представляється можливим за рахунок розширення дрібних судин (артеріол і капілярів), що знаходяться всередині її. Приводом для цього розширення служить накопичення біологічних медіаторів, яке відбувається вже в перші хвилини інтенсивних скорочень.

Збільшення навантаження на серце

Так як працює скелетної м`язі потрібно забезпечити набагато більш інтенсивний кровотік, серцевий м`яз повинні працювати в багато разів більше. Досягається це за допомогою почастішання серцебиття, яке може «підстрибнути» від 70 в хвилину в стані спокою приблизно до 180 в хвилину при навантаженні. Збільшується і ударний обсяг серця в середньому на 50%. Таким чином, серце прокачає в системний кровотік до 20 літрів крові в хвилину у досвідчених спортсменів, і до 32 літрів - у непідготовлених. Під час відпочинку це число дорівнює 5 л. в хвилину.

Фактори, що визначають фізичну працездатність

Фізична працездатність залежить від багатьох індивідуальних чинників (вік, тип статури, стан здоров`я, стаж тренувань, індивідуальні особливості) і коливається в широких межах.

Межі потужності м`язів

Межі потужності м`язи обмежені швидкістю отримання енергії в робочій м`язах. Обмежуючий фактор розвитку максимальної потужності - час регенерації АТФ і креатинфосфату. Це стосується максимального короткочасного м`язового скорочення (не більше 5-6 секунд). Ефективність фізичного навантаження, що відбувається в іншому часовому інтервалі - від 3 до 5 хвилин, залежить також від швидкості анаеробного гліколізу і швидкості місцевого кровотоку (швидкість кровотоку визначає виведення з м`яза окислених і недоокислених продуктів обміну. Якщо їх накопичується в м`язі занадто багато, вона не може працювати ефективно). Максимальна ефективність м`язової роботи, таким чином, залежить також від швидкості доставки кисню, а можливості серцево-судинної системи по доставці кисню у всіх людей обмежені.

М`язова втома і відновлення

Під втомою розуміється складний процес, який призводить до зниження ефективності роботи в результаті зміни соматичних або психічних функцій організму. Важка фізична праця завжди викликає стан втоми, яка багато в чому обумовлена також перевтомою центральної нервової системи.

Фізична втома викликається недостатнім виробництвом енергії і накопиченням молочної кислоти в працюючих м`язах. Під час фізичної роботи, яка не вимагає підключення анаеробного гліколізу, запаси енергії поповнюються і надлишки лактату видаляються. При роботі за межею витривалості, при включенні анаеробного гліколізу, втома накопичується в десятки разів швидше. Якщо подібне відбувається день у день, "залишкова втома" наростає катастрофічними темпами. Це легко може привести до перетренованості.

Відновлення після фізичного навантаження необхідно для поповнення запасів енергії і усунення надлишок молочної кислоти. Спочатку відновлюються запаси м`язового глікогену, потім починається процес регенерації пошкоджених міоцитів. Посилений кровообіг в зоні запалення (вона завжди утворюється в м`язі після важкого тренінгу) сприяє вимиванню з неї медіаторів запалення, кислот, і т.д. До того ж, разом з великою кількістю крові до м`яза надходить більше амінокислот і нуклеотидів, а це стимулює її зростання.